專利名稱：全自動焦度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及驗光配鏡儀器領(lǐng)域，尤其是一種焦度計。

背景技術(shù)：
度計是眼鏡零售店必備的驗光配鏡儀器之一，可以分為普通的手動調(diào)節(jié)式焦度計和電腦焦度計俗稱一度計，普通的手動調(diào)節(jié)式焦度計的測量為人為控制，通過肉眼觀察儀器的視標情況來判定所測量的眼鏡片的頂焦度值，測量值受人的主觀性影響較大，測量的精度相對較低?，F(xiàn)有的電腦焦度計的測量由電腦完成，可以消除人為的主觀因素，但是，其存在的缺陷操作麻煩、測量的精度較低。主要原因有(1).測量前的零位調(diào)節(jié)煩瑣，鏡片光學中心難以定位精確。(2).測量過程中需要通過測試人員不斷調(diào)節(jié)并肉眼確認得到清晰的標記像，存在人為因素，造成測量誤差。(3).手動焦度計，由于機械結(jié)構(gòu)原因所致，常常在用過一般時間后即出現(xiàn)分劃板中心偏移，使柱鏡軸位產(chǎn)生移位，帶來誤差。(4).由于測量人員的視差及讀數(shù)盤機械間隙，存在刻度誤差。


發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的電腦焦度計的操作麻煩。測量精度較低的不足，本發(fā)明提供一種操作方便、測量精度高的全自動焦度計。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種全自動焦度計，包括圖像傳感器，用于采集透過待檢測鏡片的光信號；可編程邏輯器件及微處理器ARM模塊，用于數(shù)據(jù)處理和控制，設(shè)定初始光斑位置的坐標為(xi，yi)，到圓心距離為Ri，與坐標原點的連線和x軸構(gòu)成的夾角為βi；放入鏡片后的光斑位置的坐標為(xi，yi)，與坐標原點的連線和x軸構(gòu)成的夾角為θi，到圓心距離為ri。散光片的基線與x軸的夾角為α，將上述兩點轉(zhuǎn)換到以基線為x軸的坐標系內(nèi)的坐標分別為(x′i，y′i)和(x′i，y′i)，上述變量的下標i分別代表四個光斑， 坐標系轉(zhuǎn)換有如下關(guān)系 x′i＝Ri cos(βi-α)(1) y′i＝Ri sin(βi-α)(2) x′i＝ri cos(θi-α)(3) y′i＝ri sin(θi-α)(4) x′i＝k1x′i(5) y′i＝k2y′i(6) 其中k1，k2為散光片基線坐標系下x向和y向的比例系數(shù)； 由上述6式推導得 ri(cosθi cosα+sinθi sinα)＝k1Ri(cosβi cosα+sinβi sinα)(7) ri(sinθi cosα-cosθi sinα)＝k2Ri(sinβi cosα+cosβi sinα)(8) 可得 綜合上述兩式并整理后，得到(11) 將k1k2和k1+k2視為兩個變量，通過上式(11)來擬合選擇全部四個光斑或距離最遠的兩個光斑做最小二乘擬合；得到k1k2和k1+k2后即可分別求得k1和k2的值；利用k1，k2和α之間的關(guān)系，計算得到球鏡度、柱鏡度和基線角度；同時，根據(jù)測得鏡片后頂點至光闌處的距離x1，光闌至CCD圖像傳感器面陣的距離x2，由光線經(jīng)鏡片和光闌的光路圖和頂焦度的定義不難得出頂焦度Фv為 式中l(wèi)′f為被測鏡片的后頂焦度。
電源模塊，用于給各個模塊供電； 存儲模塊，用于存儲光信號以及球鏡度、柱鏡度和基線角度信息。
進一步，所述全自動焦度計還包括液晶觸摸屏模塊，所述液晶觸摸屏模塊連接所述可編程邏輯器件及微處理器ARM模塊。
再進一步，所述全自動焦度計還包括鍵盤及打印機接口模塊，所述鍵盤及打印機接口模塊連接所述可編程邏輯器件及微處理器ARM模塊，所述鍵盤及打印機接口模塊連接鍵盤和打印機。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為該焦度計為一種藉由將從LED(光源)所射出的射出光束向被檢測鏡片進行投光，并將透過了被檢測鏡片和光闌的4個小孔的透射光利用CCD圖像傳感器進行采集，而對被檢測鏡片的折射特性進行測定的焦度計。該焦度計在得到折射特性后按照預定的測量算法計算出鏡片的相關(guān)參數(shù)，并將其顯示在顯示屏上。檢測中用圖形靶顯示對焦情況，可以快速對準鏡片光學中心。界面菜單支持鍵盤和觸摸屏觸發(fā)。
參照圖1，其中圓點為初始光斑位置，坐標為(xi，yi)，到圓心距離為Ri，與坐標原點的連線和x軸構(gòu)成的夾角為βi；方塊為放入鏡片后的光斑位置，坐標為(xi，yi)，到圓心距離為ri，與坐標原點的連線和x軸構(gòu)成的夾角為θi，散光片的基線與x軸的夾角為α。將上述兩點轉(zhuǎn)換到以基線為x軸的坐標系內(nèi)的坐標分別為(x′i，y′i)和(x′i，y′i)。上述變量的下標i分別代表四個光斑。
坐標系轉(zhuǎn)換有如下關(guān)系 x′i＝Ri cos(βi-α)(1) y′i＝Ri sin(βi-α)(2) x′i＝ri cos(θi-α)(3) y′i＝ri sin(θi-α)(4) x′i＝k1x′i(5) y′i＝k2y′i(6) 其中k1，k2為散光片基線坐標系下x向和y向的比例系數(shù)，可轉(zhuǎn)換為球鏡度和柱鏡度。
由上述6式推導得 ri(cosθi cosα+sinθi sinα)＝k1Ri(cosβi cosα+sinβi sinα)(7) ri(sinθi cosα-cosθi sinα)＝k2Ri(sinβi cosα+cosβi sinα)(8) 可得 綜合上述兩式并整理后，得到 (注意到上式成立的條件是α不為0或π/2，這兩種情況需特殊處理)將k1k2和k1+k2視為兩個變量，通過上式(11)來擬合。可以選擇全部四個點(4個光斑)來做最小二乘擬合，也可以選擇距離最遠的兩個點來做擬合。得到k1k2和k1+k2后即可分別求得k1和k2的值。有意思的是在二次項求值時取正取負是無關(guān)緊要的，k1，k2和α之間的關(guān)系剛好滿足球鏡度、柱鏡度和基線角度之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，這樣就測得了鏡片的球鏡度和柱鏡度。
當α為0時，根據(jù)tanα的計算公式直接得到k1和k2。同時，易測得鏡片后頂點至光闌處的距離x1，光闌至CCD圖像傳感器面陣的距離x2。由光線經(jīng)鏡片和光闌的光路圖和頂焦度的定義不難得出頂焦度Фv為 式中l(wèi)′f為被測鏡片的后頂焦度。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、操作方便、測量精度高；2、它能檢查鏡片是否正確安裝在鏡架上和檢測鏡片的紫外光透射比；3、不但能測單光鏡片，還能測雙焦點鏡片和漸進多焦點鏡片及隱形鏡片；4、讀數(shù)分辨率高達0.01D；測量重復性好，性能穩(wěn)定；5、控制器具有液晶觸摸屏顯示器件，相關(guān)設(shè)置與操作只需觸摸屏幕即可，提供信息量大，操作簡單的人機界面；。



圖1是角度測量算法的光學示意圖。
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖。
圖3是電源模塊電路圖。
圖4是信號轉(zhuǎn)換模塊電路圖。
圖5、圖5(續(xù)1)、圖5(續(xù)2)是微處理器ARM及CPLD(可編程邏輯器件)電路圖。
圖6是存儲模塊電路圖。
圖7是液晶觸摸屏模塊電路圖。
圖8是鍵盤模塊電路圖。
圖9是程序流程圖。

具體實施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
參照圖1～圖9，一種全自動焦度計，包括圖像傳感器，用于采集透過待檢測鏡片的光信號； 可編程邏輯器件及微處理器ARM模塊，用于接收所述光信號，設(shè)定初始光斑位置的坐標為(xi，yi)，到圓心距離為Ri，與坐標原點的連線和x軸構(gòu)成的夾角為βi；放入鏡片后的光斑位置的坐標為(xi，yi)，到圓心距離為ri，與坐標原點的連線和x軸構(gòu)成的夾角為θi。散光片的基線與x軸的夾角為α，將上述兩點轉(zhuǎn)換到以基線為x軸的坐標系內(nèi)的坐標分別為(x′i，y′i)和(x′i，y′i)，上述變量的下標i分別代表四個光斑， 坐標系轉(zhuǎn)換有如下關(guān)系 x′i＝Ri cos(βi-α)(1) y′i＝Ri sin(βi-α)(2) x′i＝ri cos(θi-α)(3) y′i＝ri sin(θi-α)(4) x′i＝k1x′i(5) y′i＝k2y′i(6) 其中k1，k2為散光片基線坐標系下x向和y向的比例系數(shù)； 由上述6式推導得 ri(cosθi cosα+sinθi sinα)＝k1Ri(cosβi cosα+sinβi sinα)(7) ri(sinθi cosα-cosθi sinα)＝k2Ri(sinβi cosα+cosβi sinα)(8) 可得 綜合上述兩式并整理后，得到(11) 將k1k2和k1+k2視為兩個變量，通過上式(11)來擬合選擇全部四個光斑或距離最遠的兩個光斑做最小二乘擬合；得到k1k2和k1+k2后即可分別求得k1和k2的值；利用k1，k2和α之間的關(guān)系，計算得到球鏡度、柱鏡度和基線角度。同時，不難得到鏡片后頂點至光闌處的距離x1，光闌至CCD圖像傳感器面陣的距離x2，由光線經(jīng)鏡片和光闌的光路圖和頂焦度的定義不難得出頂焦度Фv為 式中l(wèi)′f為被測鏡片的后頂焦度。
電源模塊，用于給各個模塊供電； 存儲模塊，用于存儲光信號以及球鏡度、柱鏡度和基線角度信息。
所述全自動焦度計還包括液晶觸摸屏模塊，所述液晶觸摸屏模塊連接所述CPLD(可編程邏輯器件)及微處理器ARM模塊。還包括鍵盤及打印機接口模塊，所述鍵盤及打印機接口模塊連接所述可編程邏輯器件及微處理器模塊，所述鍵盤及打印機接口模塊連接鍵盤和打印機。
如圖2所示，本發(fā)明包括電源模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊、可編程邏輯器件及微處理器模塊、存儲模塊(由存儲器HY29LV160、24LC02和HY57V641620組成)、液晶觸摸屏模塊、鍵盤及打印機接口模塊。其中可編程邏輯器件及微處理器模塊為核心，控制信號采集、處理及顯示。
如圖3所示，電源模塊根據(jù)各電路供電需要，本模塊提供了3種電壓輸出5.0V、3.3V和2.5V。針排P2接入直流電源，經(jīng)過二極管IN4002(D2)整流、電容濾波、穩(wěn)壓器LD1084(U8)穩(wěn)壓后，得到5.0V電壓VCC5.0。5.0V電壓一路經(jīng)過穩(wěn)壓器LM1117(U9)、濾波網(wǎng)絡(luò)后得到3.3V電壓VDDIO和VDD。另一路經(jīng)過穩(wěn)壓器LM1117(U6)、濾波后得到2.5V電壓VDDADC和VDD_CPU。VCC端連接了R17和發(fā)光二極管DS2的支路，顯示電源模塊是否工作正常。復位電路中，當按下開關(guān)S1時，電阻R18和S1所在支路導通，電位被拉低，經(jīng)過兩個反相器SN74HC132D后仍為低電平。松開開關(guān)后，電平又恢復為高，故得到能保持一定周期的復位低電平(見圖中所示)。復位電平輸出引腳nRESET接微處理器S3C44B0X及其測試口JTAG。
如圖4所示，信號轉(zhuǎn)換模塊圖像采集芯片OV7620的引腳XCK1和XCK32接27MHz的晶振。引腳RESET、SIO_0、SIO_1通過針排J1、J2分別接至微處理器S3C44B0X的OV RESET、OVSIO0、OVSIO1，以獲取微處理器對OV7620的控制信號。引腳PCLK、HREF、Y0～Y7通過針排J1、J2分別接至可編程邏輯器件EPM240T100CS的引腳PCLK、HREF、OVY0～OVY7，其中Y0～Y7輸出圖像數(shù)字信號至可編程邏輯器件。
如圖5、圖5續(xù)(1)及圖5續(xù)(2)所示，可編程邏輯器件及微處理器ARM模塊 CPLD(可編程邏輯器件)可編程邏輯器件負責將OV7620采集的圖像數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲器，并與微處理器配合完成數(shù)據(jù)的傳輸?shù)?。其OSC_CPLD引腳接晶振U2。如前所述，可編程邏輯器件的28～38引腳連接來自圖像采集芯片OV7620的端子。引腳PHASE_A、PHASE_B接至針排P1的同名端，P1為可編程邏輯器件的編程接口。引腳TCK、TDO、TMS、TDI接至針排J1，該針排為可編程邏輯器件的測試接口JTAG。引腳51接LED2。引腳OV_SELECT、OV_END、nGCS4接至微處理器S3C44B0X的同名端，引腳PORT1_IN、PORT2_IN通過針排P1分別轉(zhuǎn)接至微處理器的PORT1、PORT2，地址總線ADDR0～ADDR17接至微處理器的同名端，與微處理器進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?位數(shù)據(jù)總線DATA0～DATA7接至微處理器的同名端。地址總線A0～A17接至同步動態(tài)隨機存儲器IS61LV25616的同名端。片選和讀寫控制線/CE、/WE、/OE接至IS61LV25616的同名端。
微處理器ARM微處理器在系統(tǒng)中處于核心地位，協(xié)調(diào)各部分的分工，它從存儲器中讀取圖像數(shù)據(jù)并處理，得到最終的鏡片參數(shù)值。其XTAL0和EXTAL0引腳接10MHz的晶振。nRESET引腳接來自電源模塊的復位信號。引腳OV_RESET、OV_SIO0、OVSIO1均接至針排J2、J1的同名端后最終接至圖像采集芯片OV7620(U1)，輸出對OV7620的控制信號。引腳OV_SELECT、OV_END、nGCS4、接至可編程邏輯器和EPM240T100CS芯片(U1A)的同名端，PORT1、PORT2通過針排P1轉(zhuǎn)接至可編程邏輯器件的PORT1_IN、PORT2_IN，以輸出對可編程邏輯器件的控制信號。數(shù)據(jù)總線DATA1～DATA12接至存儲器HY29LV160和HY57V641620的同名端；地址線ADDR1～ADDR20接同步動態(tài)隨機HY29LV160的同名端，ADDR1～ADDR12和ADDR21、ADDR22接動態(tài)隨機HY57V641620的同名端；控制線nWBE0、nWBE1、nSCS、nSRAS、nSCAS、nWE、SCKE、SCLK均接至存儲器HY57V641620的同名端，GCS0、nOE、nWE分別接存儲器HY29LV160的nCSROM、nOE、nWE。引腳IICSCL和IICSDA接IIC總線型存儲器24LC02(U13)的同名端。微處理器與同步動態(tài)隨機存儲器IS61LV25616間地址總線為ADDR0～ADDR15，數(shù)據(jù)總線為DATA0～DATA15，該存儲器存儲來自O(shè)V7620采集的圖像數(shù)據(jù)，微處理器即從該存儲器取數(shù)據(jù)進行運算處理，從而得到最終的鏡片參數(shù)；地址總線引腳VD0～VD3、nRESET、nDISP-ON、VFRAME、VLINK、VCLK引腳分別接針排P5的VD0～VD3、nRESET、DISP-ON、VFRAME、VLINK、VCLK后再接至針排P2的同名端，最終這些端子均接至總線間數(shù)據(jù)傳輸控制芯片SN74LVC4245ADW(U1)，以將顯示數(shù)據(jù)信號和控制信號輸出。AD7843_DOUT、AD7843_DIN、AD7843_DCLK、AD7843_IRQ、AD7843_BUSY、AD7843_CS均接至針排P5、P2的同名端，并最終接至觸摸屏接口芯片ADS7843(U2)，以獲取觸摸屏的觸發(fā)采樣信號。引腳KEY1～KEY9接針排J10的同名端實現(xiàn)與鍵盤的連接，以輸入按鍵選擇信號。引腳RxD1、TxD1、PRINT_BUSY接針排P3的同名端實現(xiàn)與打印機的連接。引腳BEEP接蜂鳴器的同名端。引腳TDI、TDO、TCK、TMS、nTRST接針排P6的同名端，構(gòu)成微處理器的JTAG。引腳LED0、AD7843_CS、AD7843_IRQ分別接發(fā)光二極管DS3、DS4、DS5。三端口調(diào)壓器LM317AT(U14)輸出接針排J11，以為光線發(fā)射的二極管提供電源。
如圖6所示，存儲模塊HY29LV160的地址線A0～A11接微處理器的ADDR1～ADDR20，數(shù)據(jù)線DQ0～DATA15接微處理器的DATA0～DATA15，片選線nCE接微處理器的GCS0，讀允許線nOE接微處理器的nOE，寫允許線nWE接微處理器的引腳nWE，復位線nRESET接微處理器的nRESET，nBYTE接高電平選擇字存儲模式。HY57V641620的地址線A0～A11同樣接微處理器的ADDR1～ADDR12，數(shù)據(jù)線DQ0～DQ15接微處理器的DATA0～DATA15，片選線nSCS接微處理器的nGCS6，行地址線nSRAS接微處理器的nCAS3，列地址線nSCAS接微處理器的nCAS2，存儲區(qū)選擇線BA0、BA1分別接微處理器的ADDR21、ADDR22，寫允許線nWE接微處理器的nWE，數(shù)據(jù)輸入輸出屏蔽線LDQM、UDQM分別接微處理器的nBE0、nBE1，內(nèi)部時鐘允許線SCKE接微處理器的SCKE，時鐘線SCLK接微處理器的SCLK。
如圖7所示，液晶觸摸屏模塊總線間數(shù)據(jù)傳輸控制芯片SN74LVC4245ADW(U1)的引腳VD0～VD3、nRESET、nDISP-ON、VFRAME、VLINK、VCLK引腳分別接針排P2的VD0～VD3、nRESET、DISP-ON、VFRAME、VLINK、VCLK后再接至針排P5的同名端，最終這些端子均接至微處理器S3C44B0X，以獲取數(shù)據(jù)和控制信號。觸摸屏接口芯片ADS7843(U2)的引腳AD7843_DOUT、AD7843_DIN、AD7843_DCLK、AD7843_IRQ、AD7843_BUSY、AD7843_CS均接至針排P2、P5的同名端，并最終接至微處理器，以向控制器輸出觸摸屏的觸發(fā)采樣信號；引腳RIGHT、UP、LEFT、DOWN轉(zhuǎn)接至針排P5后接顯示單元，以得到數(shù)據(jù)信號。
如圖8所示，鍵盤模塊鍵盤的9個按鍵在未按下時，均為低電平，按下某鍵時，變?yōu)榈碗娖?。引腳KEY1～KEY9接至針排J1后與微處理器的同名端相連，以向控制器輸入按鍵選擇信號。打印機的引腳接針排P3的RxD1、TxD1、PRINT_BUSY。
權(quán)利要求
1、一種全自動焦度計，其特征在于所述全自動焦度計包括
圖像傳感器，用于采集透過待檢測鏡片的光信號；
CPLD及ARM模塊，用于接收所述光信號，設(shè)定初始光斑位置的坐標為(xi，yi)，到圓心距離為Ri，與坐標原點的連線和x軸構(gòu)成的夾角為βi；放入鏡片后的光斑位置的坐標為(xi，yi)，到圓心距離為ri，與坐標原點的連線和x軸構(gòu)成的夾角為θi。散光片的基線與x軸的夾角為α，將上述兩點轉(zhuǎn)換到以基線為x軸的坐標系內(nèi)的坐標分別為(x′i，y′i)和(x′i，y′i)，上述變量的下標i分別代表四個光斑，坐標系轉(zhuǎn)換有如下關(guān)系
x′i＝Ricos(βi-α)(1)
y′i＝Risin(βi-α)(2)
x′i＝ricos(θi-α)(3)
y′i＝risin(θi-α)(4)
x′i＝k1xi′ (5)
y′i＝k2yi′ (6)
其中k1，k2為散光片基線坐標系下x向和y向的比例系數(shù)；
由上述6式推導得
ri(cosθicosα+sinθisinα)＝k1Ri(cosβicosα+sinβisinα) (7)
ri(sinθicosα-cosθisinα)＝k2Ri(sinβicosα+cosβisinα)(8)
可得
綜合上述兩式并整理后，得到(11)
將k1k2和k1+k2視為兩個變量，通過上式(11)來擬合選擇全部四個光斑或距離最遠的兩個光斑做最小二乘擬合；得到k1k2和k1+k2后即可分別求得k1和k2的值；
利用k1，k2和α之間的關(guān)系，計算得到球鏡度、柱鏡度和基線角度；
同時，測得鏡片后頂點至光闌處的距離x1，光闌至CCD圖像傳感器面陣的距離x2，由光線經(jīng)鏡片和光闌的光路圖和頂焦度的定義得出頂焦度為Φv為
式中l(wèi)′f為被測鏡片的后頂焦度。
電源模塊，用于給各個模塊供電；
存儲模塊，用于存儲光信號以及球鏡度、柱鏡度和基線角度信息。
2、如權(quán)利要求1所述的全自動焦度計，其特征在于所述全自動焦度計還包括液晶觸摸屏模塊，所述液晶觸摸屏模塊連接所述CPLD及ARM模塊。
3、如權(quán)利要求1或2所述的全自動焦度計，其特征在于所述全自動焦度計還包括鍵盤及打印機接口模塊，所述鍵盤及打印機接口模塊連接所述CPLD及ARM模塊，所述鍵盤及打印機接口模塊連接鍵盤和打印機。
全文摘要
一種全自動焦度計，包括圖像傳感器，用于采集透過待檢測鏡片的光信號；CPLD及ARM模塊，用于數(shù)據(jù)處理和控制，設(shè)定初始光斑位置的坐標為(xi，yi)，到圓心距離為Ri，與坐標原點的連線和x軸構(gòu)成的夾角為βi；放入鏡片后的光斑位置的坐標為(xi，yi)，到圓心距離為ri，與坐標原點的連線和x軸構(gòu)成的夾角為θi。散光片的基線與x軸的夾角為α，將上述兩點轉(zhuǎn)換到以基線為x軸的坐標系內(nèi)的坐標分別為(xi′，yi′)和(xi′，yi′)，上述變量的下標i分別代表四個光斑，選擇全部四個光斑或距離最遠的兩個光斑做最小二乘擬合；計算得到球鏡度、柱鏡度和基線角度；利用鏡片后頂點至光闌處的距離x1，光闌至CCD圖像傳感器面陣的距離x2，代入由光路圖和頂焦度的定義推算得到鏡片的頂焦度表達式得頂焦度數(shù)值。本發(fā)明操作方便、測量精度高。
文檔編號G01M11/02GK101639399SQ20091009994
公開日2010年2月3日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者政 劉, 陳正亮, 江 李 申請人:浙江大學